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인공호수 퇴적물의 영양염류 용출에 관한 연구

Title
인공호수 퇴적물의 영양염류 용출에 관한 연구
Authors
기보민
Issue Date
2011
Department/Major
대학원 환경공학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
최정현
Abstract
This study examined nutrient fluxes between sediment and water with a laboratory scale benthic chamber. Targeted an artificial lake undergone water quality problems, we selected two sites, site A in the vicinity of the dam and site B at the inflow of the lake, and compared characteristics of the sediments and their influence on the water quality of the lake. Most of inorganic phosphorus in the study area was on the form of adsorbed and nonapatite phosphorus (79.7 % of Site A, 86.5 % of Site B). Site B with fast stream velocity had larger particle size, smaller nutrient level, and smaller amount of inorganic phosphorus compared to site A. The benthic chamber experiment showed that overall fluxes of site A were followings: ammonia is 0.0028 μmol cm-2day^(-1), nitrate is -0.0667 μmol cm^(-2)day-1and phosphate is 1.0493 nmol cm^(-2)day ^(-1). For the case of site B, there was an increase in phosphate concentration after DO drop (< 3 mg/l) which resulted in smaller negative nitrate fluxes (-0.0429 μmol cm-2day-1) and larger positive ammonia (0.1366 μmol cm^(-2)day^(-1)) and phosphate fluxes (2.1197 nmol cm^(-2)day^(-1)) compared to site A. The movement of nutrient at the sediment-water interface was more sensitive to environment conditions such as DO than other factors such as sediment characteristics and chemical forms of nutrients. Based on the fluxes obtained from the benthic chamber, positive values are estimated for both phosphorus and nitrogen release rates. This means that during the sampling period sediment acted as a source of nitrogen as well as phosphorus to the overlying.;인공호수는 과도한 영양 염 류 부하와 높은 침강 률 로 심각한 수질 문제를 겪을 수 있다. 축적된 오염물질 때문에, 외부 오염 부하 량이 감소된 이후에도 저층 퇴적물로부터 영양 염이 지속적으로 용출되고 있다. 인공호수인 아 산호는 긴 체류 시간과 얕은 수심으로 퇴적물 내의 내부 오염 물에 더 큰 영향을 받을 수 있다. 이러한 호수의 특성 때문에 퇴적물의 특성을 알아보고, 퇴적물-수 체 경계 면에서 영양 염 류 가 어떤 영향을 미치는지를 조사할 필요가 있다. 인공호수는 위치에 따라 퇴적물의 특성이 달라질 수 있으므로, 방조제 근처에 위치하는 Site A와 호수의 유입 부에 위치하는 Site B, 두 지점을 선정하였다. 퇴적물은 유수에 의해 이동한 입자들이 호수 바닥에 침전되어 누적된 입자이며, 호수의 상태에 따라 재 용출되어 수질에 영향을 미칠 수 있는 중요한 인자이다. 퇴적물이 수질에 미치는 영향을 파악하기 위해 퇴적물의 특성을 파악할 필요가 있다. 각 지점의 퇴적물의 특성을 비교하고자 pH, 입도, 수분함량, 강열 감량, 총 탄소, 총 질소를 측정하였다. 또한 용 존 산소, 온도, pH 등 환경조건에 따라 용출 가능한 인이 달라질 수 있으므로 존재형태별 인을 분석하였다. 인의 화학적 형태에 근거하여, 연구 지역 퇴적물의 호소 수의 인의 농도뿐만 아니라 호수의 상태 변화에 대한 잠재 능력을 예측할 수 있다. 퇴적물의 특성 결과는 다음과 같다. Site B는 Site A와 비교하여 하천 속도가 빠르므로 입자 크기가 더 크고, 영양 염 류 농도가 더 낮으며, 무기 인의 양이 더 적다. 존재 형태별 인은 Adsorbed phosphorus와 Nonapatite phosphorus가 대부분이며, 그 비율은 Site A에서 79.7 %, Site B에서 86.5 % 이다. 퇴적층에 존재하는 인의 존재형태로 볼 때, 아산호의 퇴적층은 수중의 pH 상승이나 혐기성 상태로의 전환에 의해 다량의 인이 용출되어 수 체의 부영양화에 영향을 줄 수 있는 가능성이 있다고 생각된다. 퇴적물은 성상과 환경조건에 따라 수질에 미치는 영향이 다르다. 특히 수심이 얕은 호소에서는 단위면적당 수 용량이 적기 때문에 저층 퇴적물로부터 용출되는 영양 염이 수질변화에 큰 영향을 미칠 것으로 생각된다. 퇴적물-수 체 경계 면을 통한 영양 염 류의 이동을 관찰하고, 퇴적물 내 존재하고 있는 오염물질이 수 체에 미칠 수 있는 영향을 예측하기 위하여 퇴적물 용출실험을 수행하였다. 외부 요인이 제한된 반응 조에서는 실험기간 동안 이미 알고 있는 퇴적물의 표면적에 알고 있는 수 체 적 만큼 접촉하여 반응이 일어난다. 반응 조에서 채취한 수 시료로 관심 있는 화학물의 시간적 경향을 모니터하고 분석하며, 최종적으로 시간에 따른 농도 변화로부터 용출 률을 계산한다. 채수한 상 등수는 수질공정시험방법에 따라 N-계열 (NH_(4)-N, NO_(3)-N, TN)과 P-계열 (PO_(4)-P, TP)의 영양 염 류를 분석하였다. Site A의 용출 율은 암모니아 성 질소(NH3-N)가 0.0028 μmol cm^(-2)day^(-1), 질산 성 질소(NO3-N)가 -0.0667 μmol cm^(-2)day^(-1) 그리고 인산 염 인(PO_(4)-P)이 1.0493 nmol cm^(-2)day^(-1)이다. Site B의 경우, DO 농도가 3 mg/L 이하로 떨어진 위에 인의 농도가 증가한다. Site A와 비교하여 보면 용출 반 응 조 용출 률 결과는 다음과 같다. 질산 성 질소(NO3-N) 용 출 률 은 -0.0429 μmol cm-2day-1 로 더 낮고, 암모니아 성 질소(NH4-N)는 0.1366 μmol cm^(-2)day^(-1) 로 더 높으며, 인산 염 인(PO_(4)-P)은 2.1197 nmol cm^(-2)day^(-1)로 더 높다. 또한 퇴적물-수 체 경계 면에서의 영양 염 류 이동은 퇴적물의 특성, 영양 염 류의 화학적 특성 등의 다른 환경 조건보다 DO 농도에 더 민감하다. 용출 반응 조 실험을 통한 용출 률 을 바탕으로, 인과 질소의 용출 률 은 양의 값을 가지며, 이는 실험 기간 동안 토양으로부터 인과 질소가 용출되었음을 의미한다.
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